JPH04286965A - 実効値測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、指数化平均法を用いた
実効値測定装置における応答時間の改善に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、特願平２−２２２７２２号
（以下、先願と記す）にて指数化平均法を用いた「実効
値測定装置」を出願した。本願は、この先願の応答時間
を改善したものである。

【０００３】図３を参照して先願の説明を行う。図３（
ａ）　はアナログ入力波形Ｂであり、黒丸Ｂ１，Ｂ２，
…はサンプリング点である。（ｂ）　は（ａ）　波形を
２乗した値の波形ｂ（ｎ）＝Ｂｎ２　　　であり、実線
はサンプリング点の２乗値を表すもので階段状になる。 また、点線は（ａ）　波形の理想的２乗値波形である。 実効値を測定する場合、図３（ｂ）波形の平均値Ｐ（Ｍ
）を得て、その後、この平均値Ｐ（Ｍ）を開平演算する
ことで、実効値を得ている。ここで、先願では、図３（
ｂ）波形の平均値Ｐ（Ｍ）を（１）　式の演算により求
めている。 　　　　Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）＋（１／Ｇ）・｛ｂ（
ｎ）−Ｐ（ｎ−１）｝　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）Ｐ（ｎ）：
サンプリング回数ｎまでに処理された指数化平均結果 Ｐ（ｎ−１）：サンプリング回数（ｎ−１）　までに処
理された指数化平均結果 ｂ（ｎ）：サンプリング回数ｎ番目における入力波形の
瞬時値の２乗値 １／Ｇ　：定数（なお、１／Ｇ　＜＜　１）ここで、定
数１／Ｇ　は、１／Ｇ　＜＜　１　　に設定されている
ので、ｂ（ｎ）が図示しない演算手段へ加えられるたび
に、（１）　式の演算を繰り返すと、第３図（ｃ）　の
波形となる。

【０００４】（１）　式の意味を解説する。今回サンプ
リングしたサンプリング回数ｎ番目の瞬時２乗値ｂ（ｎ
）と、前回のサンプリング回数（ｎ−１）　までの平均
演算結果Ｐ（ｎ−１）との差を取り出し、この差、つま
り　｛ｂ（ｎ）−Ｐ（ｎ−１）｝　　を定数１／Ｇ　倍
する。ここで、１／Ｇ　＜＜１であるから、　（１／Ｇ
）・｛ｂ（ｎ）−Ｐ（ｎ−１）｝　は、前回までの平均
演算結果Ｐ（ｎ−１）と、今回のサンプリング値ｂ（ｎ
）の“差を薄めたもの”である。そして、この“差を薄
めたもの”を前回の平均演算結果Ｐ（ｎ−１）に加算し
て、今回のサンプリング回数ｎまでの平均演算結果デー
タ　Ｐ（ｎ）　を得ているので、この演算を多数回繰り
返すと、（１）　式のＰ（ｎ）は、ｂ（ｎ）の波形の平
均値になることを意味している。従って、第３図（ｃ）
　の最終値は、第３図（ｂ）　の２乗波形の平均値Ｐ（
Ｍ）と一致する。

【０００５】このような先願の実効値測定装置によれば
、被測定信号波形Ｂの周期がサンプリング周期の整数倍
か否かに関係なく測定できるため、入力波形Ｂの周期を
測定する回路が不要になる等の効果が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、（１）　式に
おいて、指数化平均を初期値Ｐ（０）＝０から始めると
、平均値Ｐ（Ｍ）が得られるまで一定の応答時間ｔＡ（
図３（Ｃ）　参照）がかかる。図３（Ｃ）　では僅かな
サンプル数（演算回数）で、指数化平均出力が一定にな
るように示したが、実際の動作では、通常１０００回程
の演算回数を経て一定になる。この応答時間を短くする
と、即ち、定数（１／Ｇ）　を大きくすると、応答は速
くなるが、低い周波数の被測定信号Ｂを測定する場合、
指数化平均後の出力にリプルを含み、測定値がふらつく
問題がある。

【０００７】本発明の目的は、出力のリプルを増加させ
ることなく出力の応答時間を短くした実効値測定装置を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め第１の発明は、アナログの被測定信号を或る周期でサ
ンプリングし、このサンプリング値をデジタル信号へ変
換するＡＤ変換手段（１）　と、このＡＤ変換手段のデ
ジタル出力信号を２乗演算する２乗演算器（５）　と、
この２乗演算器の出力データの所定の個数の値を算術平
均する算術平均手段（１０）と、２乗演算器が前記所定
の個数の出力データを出力した後の出力データ｛ｂ（ｎ
）｝を導入し、前記算術平均手段で得られた算術平均値
を初期値として、指数化平均演算を加える演算手段（７
）　と、この演算手段の出力を導入し、これの開平演算
を行う開平演算器と、を備えるようにしたものである。

【０００９】第２の発明は、アナログの被測定信号を或
る周期でサンプリングし、このサンプリング値をデジタ
ル信号へ変換するＡＤ変換手段（１）　と、このＡＤ変
換手段のデジタル出力信号を２乗演算する２乗演算器（
５）　と、この２乗演算器の出力データの所定の個数の
中から最大値と最小値をとり、（最大値＋最小値）／２
の演算を行う平均手段（１５）と、２乗演算器が前記所
定の個数の出力データを出力した後の出力データ｛ｂ（
ｎ）｝を導入し、前記平均手段で得られた（最大値＋最
小値）／２の値を初期値として、指数化平均演算を加え
る演算手段と、この演算手段の出力を導入し、これの開
平演算を行う開平演算器と、を備えるようにしたもので
ある。

【００１０】

【作用】第１の発明において、算術平均手段は、２乗演
算器の出力の所定の個数の値を算術平均する。例えば所
定の個数が１０個であれば、｛ｂ（１）＋ｂ（２）＋　
…＋ｂ（１０）｝　／１０の演算を行う。このようにし
て得られた平均値は僅かなサンプル数を平均したもので
あり、理想的な平均値Ｐ（Ｍ）と比較して誤差が大きい
が、（１）　式の演算によるカーブ（図３（ｃ）　参照
）と比較して格段に立ち上がりが速い（図３（ｄ）　参
照）。第１の発明では、このように測定開始直後から得
られる僅かなサンプル数の値を算術平均した値を初期値
Ｐ（０）とし、その後、２乗演算器から出力される出力
データに演算手段にて指数化平均演算を加えるので、短
時間に所望の実効値が得られる。

【００１１】第２の発明において、平均手段は、２乗演
算器の出力データの所定の個数の中から最大値と最小値
をとり、（最大値＋最小値）／２の演算を行う。このよ
うにして得られた値は、理想的な平均値Ｐ（Ｍ）と比較
して誤差は大きいが、（１）　式の演算によるカーブ（
図４（Ｃ）　参照）と比較して格段に立ち上がりが速い
（図４（ｄ）参照）。第２の発明では、このように測定
開始直後から得られる僅かな数のサンプル値から最大値
と最小値を取り出し（最大値＋最小値）／２の演算から
得られる値を初期値として、その後２乗演算器から出力
される出力データに演算手段にて指数化平均演算を加え
るので、短時間に所望の実効値が得られる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明に係る実効値測定装置の構成例
を示す図、図２は本発明に係る実効値測定装置の別の構
成例を示す図、図３は図１装置の各部の信号のタイムチ
ャート、図４は図２装置の各部の信号のタイムチャート
である。

【００１３】図１において、アナログの被測定信号Ｂは
、端子Ｐ１に加えられる。被測定信号Ｂは、電圧信号で
も電流信号でもよく、図１の装置は、この被測定信号Ｂ
の実効値を測定するものである。この端子Ｐ１に加えら
れた被測定信号Ｂは（図３（ａ）　の波形参照）、ＡＤ
変換手段１に導かれる。ＡＤ変換手段１はクロック発生
器３から加えられたクロック信号ＳＣの印加タイミング
で、その時点の被測定信号Ｂの瞬時値Ｂｎをサンプリン
グし、これをデジタル値に変換して出力する。図３（ａ
）　の丸印Ｂ１，Ｂ２，…は、各サンプリング点を示し
ている。なお、ＡＤ変換手段１の構成を細かく説明する
と、クロック信号ＳＣが加えられるたびに、その時点の
被測定信号Ｂの瞬時値Ｂｎを取り込むサンプル・ホール
ド回路と、このサンプル・ホールド回路の出力をデジタ
ル信号へ変換するＡＤ変換器とで構成されているが、図
１では、このサンプル・ホールド回路とＡＤ変換器とを
併せて、ＡＤ変換手段と称している。

【００１４】２乗演算器５は、ＡＤ変換手段１の出力Ｂ
ｎを導入し、このデータを２乗した信号ｂ（ｎ）＝Ｂｎ
２　を出力するものである。この２乗値ｂ（ｎ）は、被
測定信号Ｂのサンプリング回数ｎ番目の瞬時データを２
乗した値を示す。 ２乗演算器５の出力は、デジタル値であるが、これをア
ナログ的に表現したのが図３（ｂ）　の実線波形である
。即ち、サンプリング値であるため、階段状になる。な
お図３（ｂ）　の点線波形は、図３（ａ）　の波形の理
想的２乗波形である。２乗演算器５は、ありふれたデジ
タル演算器を用いることができる。

【００１５】演算手段７は、２乗演算器５から出力され
るデータｂ（ｎ）を（１）　式により指数化平均するも
のである。詳述すると、演算手段７は、後述する算術平
均手段１０から初期値　Ｐ（０）　を出力した旨を意味
する信号Ｓ１を受信した以降、２乗演算器５からデータ
が加えられる毎に、上記した（１）　式の演算を繰り返
す。つまり、２乗演算器５から２乗値ｂ（ｎ）を、メモ
リ８から前回の演算結果　Ｐ（ｎ−１）　を導入し、（
１）　式の演算を行い、その出力　Ｐ（ｎ）　をメモリ
８に格納する。そして一定回数の指数化平均した結果の
Ｐ（ｎ）を開平演算器９に加える。

【００１６】ここで、１／Ｇ　＜＜　１　　であるから
、ｂ（ｎ）値が演算手段７へ加えられるたびに（１）式
の演算を繰り返すと、図３（ｃ）　の波形となる。従来
例の所で説明したように（１）　式の演算を繰り返すと
、Ｐ（ｎ）は、ｂ（ｎ）の波形の平均値になる。従って
、図３（ｃ）　の最終値Ｐ（Ｍ）は、図３（ｂ）　の２
乗値波形　ｂ（ｎ）　の平均値Ｐ（Ｍ）と一致する。つ
まり、演算手段７の出力Ｐ（Ｍ）は、あたかも（２）　
式で示される値と同じになる。 　　Ｐ（Ｍ）＝（１／ｎ）　・ΣＢｎ２　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　（２）Σは、ｎ＝１
からｎまでの加算和を意味する。開平演算器９は、演算
手段７から導入した信号に開平演算を加えるので、｛（
１／ｎ）・ΣＢｎ２　｝　１／２　の値の信号を出力す
る。 これは、被測定信号Ｂの実効値を意味する。

【００１７】中央処理装置（以下、単にＣＰＵ　と記す
）１２は、開平演算器９の出力信号 ｛（１／ｎ）・ΣＢｎ２　｝　１／２　　　を導入し、
所定の演算回数を経たデータ、即ち、図３（Ｃ）　にて
定常状態になった｛Ｐ（Ｍ）｝１／２　＝｛（１／ｎ）
・ΣＢｎ２　｝　１／２　を表示器１３に表示する。な
お、演算回数は、クロック信号の回数と一致するので、
図１では分周器４を用い、所定のクロック数が発生する
とＣＰＵ　１２へ信号を加え、所定の演算回数を行った
ことを知らせている。

【００１８】図１の装置は、先願の構成に対し、算術平
均手段１０を新たに設け、この作用により応答性の改善
を図っている。この算術平均手段１０は、２乗演算器５
の出力　ｂ（ｎ）　の所定の個数の値を算術平均するも
のである。 例えば、２乗演算器５から、ｂ（１），ｂ（２），ｂ（
３），…，ｂ（ｋ）　と、ｋ個の２乗値が出力された場
合、 　　Ｐ（０）＝｛ｂ（１）＋ｂ（２）＋ｂ（３）＋…＋
ｂ（ｋ）｝／ｋ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　（３）　のデジタル演算を行い、この
結果を指数化平均の初期値　Ｐ（０）　として、メモリ
８に格納する。また、この初期値　Ｐ（０）　の値が得
られると、この値Ｐ（０）の出力と共に、演算手段７へ
初期値Ｐ（０）を出力した旨を知らせる信号Ｓ１を出力
する。なお、以上のような機能の２乗演算器５と、演算
手段７と、算術平均手段１０は、例えばデジタル・ジク
ナルプロセッサ（以下、ＤＳＰ　と記す）１１で構成す
ることができる。

【００１９】以上のような図１装置の動作を図３を参照
しながら説明する。ｔ＝０を起点として、端子Ｐ１には
、例えば図３（ａ）　に示す被測定信号Ｂが加えられた
とする。ＡＤ変換手段１は、クロック発生器３からクロ
ック信号ＳＣが加えられるたびに、被測定信号の瞬時値
をサンプリングし、この瞬時値のデジタル値Ｂｎを出力
する。２乗演算器５は、この瞬時値Ｂｎを２乗したｂ（
ｎ）＝Ｂｎ２　を出力する（図３（ｂ）　参照）。即ち
、２乗演算器５は、クロック信号に同期して、次々と２
乗値　ｂ（１），ｂ（２），ｂ（３），…を出力する。

【００２０】ここで算術平均手段１０には、例えば数値
“ｋ”が設定されており、２乗演算器５から信号　ｂ（
１），ｂ（２），ｂ（３），…が加えられるたびに、ｋ
から１ずつ減算し、ｋ＝０になると（３）　式に示す演
算を行う。即ち、１〜ｋのデータを算術平均した値を初
期値　Ｐ（０）　として出力し、この値　Ｐ（０）　は
、メモリ８に格納される。また、算術平均手段１０は、
初期値　Ｐ（０）　を出力した旨を示す信号Ｓ１を演算
手段７へ加える。なお、図３（ｄ）　に示すＴＵは、（
３）　式のＰ（０）を測定算出するまでの時間である。 図３（ｄ）　に示した例では初期値　Ｐ（０）　は、図
３（ｂ）　に示す瞬時２乗値　ｂ（１），ｂ（２），ｂ
（３），ｂ（４）の４個のデータの算術平均である。こ
の図３（ｃ）　と図３（ｄ）　を比較すると分かるよう
に算術平均して得られた値　Ｐ（０）　を初期値とした
指数化平均は、Ｐ（０）＝０とした通常の指数化平均演
算による（１）　式のカーブ（図３（Ｃ）　）と比較し
て格段に立ち上がりが速い（図３（ｄ）　）。

【００２１】演算手段７は、算術平均手段１０からの信
号Ｓ１を受けてこれを起点にして、（１）式による指数
化平均演算を開始する。なお、この信号Ｓ１を受ける以
前は、演算手段７は、その演算動作を停止している。こ
の場合、（１）　式の最初の演算において、Ｐ（ｎ−１
）＝　Ｐ（０）　を用いる。つまり、図３の例で述べる
と、サンプリングがｎ＝５である時、演算手段７の最初
の演算になるが、その内容は（４）　式である。 　　Ｐ（５）＝Ｐ（０）＋（１／Ｇ）　・｛ｂ（５）　
−Ｐ（０）｝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（４）以下、２乗演算
器５から出力があるごとにＰ（６），Ｐ（７），…の算
出については、（１）式の演算を行うので、図３（ｄ）
　の如く、図３（ｃ）　の先願の応答波形より速く平均
値Ｐ（Ｍ）に収斂する。開平演算器９は、演算手段７の
出力Ｐ（ｎ）を開平演算し、被測定信号Ｂの実効値を出
力する。即ち、先願は、サンプリング回数ｔＡの時に、
その実効値を表示するが（図３（ｃ）　参照）、本願は
サンプリング回数ｔＢの時に表示できる（図３（ｄ）　
参照）。

【００２２】このように本願によれば先願より速く最終
値に到達ししかも定数（１／Ｇ）　の値は、先願と同じ
であるため、先願と比較してリプルが増加すると言うこ
とはない。

【００２３】図２装置は、先願の構成に対し、平均手段
１５を新たに設け、この作用により応答性の改善を図っ
ている。この平均手段１５は、２乗演算器５の出力　ｂ
（ｎ）　を所定の個数だけ導入し、この中から最大値と
最小値を選び、（最大値＋最小値）／２の演算を行うも
のである。 平均手段１５には、例えば数値“ｋ”が設定されており
、２乗演算器５から信号　ｂ（１），ｂ（２），ｂ（３
），…が加えられるたびに、ｋから１ずつ減算し、ｋ＝
０になると（５）　式に示す演算を行う。

【００２４】即ち、２乗演算器５から、ｂ（１），ｂ（
２），ｂ（３），　…，ｂ（ｋ）　と、ｋ個の２乗値を
導入し、これの最大値と最小値を見つける。そして最大
値が　ｂ（ｊ）　、最小値が　ｂ（ｉ）とすれば、 　　Ｐ（０）＝｛ｂ（ｊ）＋ｂ（ｉ）｝／２　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　（５）　のデジタル演算を行
い、この結果を指数化平均の初期値　Ｐ（０）　として
、メモリ８に格納する。また、（５）　式の初期値　Ｐ
（０）　が得られると、算術平均手段１０と同様に、こ
の値Ｐ（０）の出力と共に、演算手段７へ初期値Ｐ（０
）を出力した旨を知らせる信号Ｓ１を出力する。なお、
図２装置によれば、繰り返し波形であるアナログの被測
定信号波形（図４の（ａ）　）の１／４周期内において
、最大値と最小値を把握すれば、初期値　Ｐ（０）　を
得るためのサンプリングは、それ以上必要ない。

【００２５】このような図２装置によれば、図４（ｂ）
　に示した例では、最大値＝ｂ（３）であり、最小値＝
ｂ（１）である。その結果、（５）　式で得られる初期
値　Ｐ（０）　は、図４（ｄ）に示す　Ｐ（０）　とな
り、この図４（ｄ）　と図４（ｃ）　を比較すると分か
るように、（５）式で得られるＰ（０）を初期値とした
指数化平均は、通常の指数化平均演算による（１）　式
のカーブ（図４（Ｃ）　…先願）と比較して格段に立ち
上がりが速い（図４（ｄ）…本願）。なお、図４（ｄ）
　のＴＵは、（５）　式で示す初期値　Ｐ（０）　を算
出するデータを取込む期間である。開平演算器９は、演
算手段７の出力Ｐ（ｎ）を開平演算し、被測定信号Ｂの
実効値を出力する。即ち、先願は、サンプリング回数ｔ
Ａの時に、その実効値を表示するが（図４（ｃ）　参照
）、本願はサンプリング回数ｔｃの時に表示できる（図
４（ｄ）　参照）。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、測定
開始直後から得られる僅かなサンプル数の値より、２乗
値の平均値により近い初期値　Ｐ（０）　を得て、これ
に基づいて演算手段にて指数化平均演算を加えるので、
短時間に所望の実効値が得られる。しかも、定数（１／
Ｇ）　の値は、先願と同じであるため、先願と比較して
リプルが増加すると言うことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実効値測定装置を示す図

【図２】
本発明に係る別の実効値測定装置を示す図

【図３】図１
装置各部のタイムチャート

【図４】図２装置各部のタイ
ムチャート

【符号の説明】

１　　ＡＤ変換手段 ３　　クロック発生器 ５　　２乗演算器 ７　　演算手段 ８　　メモリ ９　　開平演算器 １０　　算術平均手段 １２　　ＣＰＵ １３　　表示器 １５　　平均手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アナログの被測定信号を或る周期でサンプ
   リングし、このサンプリング値をデジタル信号へ変換す
   るＡＤ変換手段（１）　と、このＡＤ変換手段のデジタ
   ル出力信号を２乗演算する２乗演算器（５）　と、この
   ２乗演算器の出力データの所定の個数の値を算術平均す
   る算術平均手段（１０）と、２乗演算器が前記所定の個
   数の出力データを出力した後の出力データ｛ｂ（ｎ）｝
   を導入し、前記算術平均手段で得られた算術平均値を初
   期値として、指数化平均演算を加える演算手段（７）　
   と、この演算手段の出力を導入し、これの開平演算を行
   う開平演算器と、を備えたことを特徴とする実効値測定
   装置。
2. 【請求項２】アナログの被測定信号を或る周期でサンプ
   リングし、このサンプリング値をデジタル信号へ変換す
   るＡＤ変換手段（１）　と、このＡＤ変換手段のデジタ
   ル出力信号を２乗演算する２乗演算器（５）　と、この
   ２乗演算器の出力データの所定の個数の中から最大値と
   最小値をとり、（最大値＋最小値）／２の演算を行う平
   均手段（１５）と、２乗演算器が前記所定の個数の出力
   データを出力した後の出力データ｛ｂ（ｎ）｝を導入し
   、前記平均手段で得られた（最大値＋最小値）／２の値
   を初期値として、指数化平均演算を加える演算手段と、
   この演算手段の出力を導入し、これの開平演算を行う開
   平演算器と、を備えたことを特徴とする実効値測定装置
   。